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今日2061——2007年秋季刊

《科学素养的导航图》

今日2061  
针对K-12(幼儿园至高中毕业)科学学习的2卷图集 2007年秋季刊第17卷,第2号


  科学素养的形成基于一些相互衔接的知识,这些知识形成人们对这个世界及其如何运作的连贯的理解。《科学素养的导航图》卷2,是“2061计划”为教育工作者提供的最新工具,帮助全国各地的教师了解从幼儿园到高中毕业的学生如何形成连续的知识。由“2061计划”和全国科学教师协会联合出版的《导航图》卷2与原有的《导航图》卷1一起,为老师了解学生从幼儿园到高中毕业的科学、数学及技术学习提供了新视角。

  随着《导航图》卷2的出版,如今,导航图书系包括了将近100幅“2061计划”丛书《科学素养的基准》中详细列出的所有学习目标的概念发展图,《基准》来自于“2061计划”里程碑式的报告---《面向全体美国人的科学》,该报告对成年人应该具备的科学素养提出了建议。通过对《基准》中的学习目标提出一个新的视角,《导航图》使教师更容易发现在重要理论范畴之内和之外的概念之间的关系。

  《导航图》的图册——以及对图册的注释——为教育者提供了学生在各个年级应该学习的知识的大框架,并有助于设计更具有连贯性的课程、教学和评估工作。要增强这3个要素间的连贯性,就不能只是通过一些孤立的信息和知识的收集来达成科学素养,而是必须经过长时间积累形成互相支持的富含思想和技能的结构。


  《导航图》卷2创新之处

  卷2除了为卷1中没有覆盖完全的篇章增添了新图,还为卷1中完全没有涉及的两章提供了图册。第10章历史视角介绍了9个新的有关重要科学发现的图片,包括哥白尼革命、相对论、原子裂变和进化论。第12章思维习惯展现了对科学素养来说至关重要的、关于态度、技能和价值的6张图(见p4图 科学的价值)。

  《导航图》卷2的创新之处还在于对图谱自身的完善。根据“2061计划”《导航图》研讨班参与者的反馈、教材开发者的需要,以及“2061计划”出版的《基准》中所列出的期望学生了解的概念,新出版的卷2作了以下改进:
  增强连贯性:《导航图》卷2显示了重要理论之间的一系列广泛的重要的联系,并且在导航图中明确地显示出了这些联系。导航图上有链接可以连到基准中的相关代码。与其他导航图的相互参照表明,基准同时出现在卷1和卷2所列的图里。
  更新的科学:针对卷2中的主题,图谱反映了新的科学知识。比如第8章“设计的世界”中的材料科学图就包括2个新的基准,它们关注纳米材料的特性和纳米技术的应用---用于设计特殊用途的材料。
  新的认知研究:《导航图》2一直受到关于学生如何学习特殊概念和技能的新认知研究的影响。例如:第4章“物理背景”中天气和气候图的就借助学习研究强调了学生和成人在理解季节的原因上具有一定困难。
  协调全国的学习目标:为了更充分地达到学习目标的连贯性和完整性,《导航图》2中的图谱包括了国家研究委员会《国家科学教育标准》中的科学概念,这些学习目标是目前已在全国形成共识关于科学素养的一部分内容。

  当我们完善和回顾那些支持所有学生科学素养的材料时,导航图一直是一个有效的工具。
                ---- Juanita Clay 教育博士、底特律公立学校


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  • 表格里的内容是学习目标,大多取自《科学素养的基准》,小部分来自《面向全体美国人的科学》和《国家科学教育标准》,染色表格表明知识目标,加边表格是技能目标。
  • 连接的箭头表明,完成此基准概念的学习有助于其他基准概念的学习。箭头表示的关系以课程内容的逻辑或有关学生怎样学习的认知研究为基础。
  • 与别的图片的相互参照表明这个基准概念还在参照中列出的其他导航图中出现。
  • 代码表示相关基准概念。

  使用这组导航图:

  因为《导航图》卷2完备了始于卷1中的概念导航图,卷2有帮助使用者同时参阅两卷的特点。为了帮助阅读者找到某个基准,《导航图》卷2有一个非常便利的索引,可以用来查找任何一卷导航图中某个基准概念的准确位置。此外,《导航图》卷2的内封面是由所有图片和基准概念所属章节的页码组合而成的目录表,内封底是以字母顺序排列的两卷图片的列表。

  虽然《导航图》卷1和《导航图》卷2绘制了基准建议的每个学生必须学习的所有学习目标,但是它们并没有为一个特殊课程或教学策略提供建议。相反,他们提供了一个框架,旨在鼓励用各种不同的方法设计和组织适应当地环境的学习经验,教育者在广泛范围内的工作使《导航图》充分应用于:
  理解基准和标准,通过仔细学习导航图,教师和其他教育者可以对基准和标准中特定的科学概念本质和内容有一个很好的理解。
  设计课程,导航图中的信息有助于教育者分配学生在不同年级和科目间的科学学习责任,从而实现幼儿园到高中毕业的连贯性。
  计划教学,导航图能够使教育者在教学中关注基准中的具体观念并考虑这些观念建立的基础。
  开发或评估教材,导航图为教材开发者提供了一个教材应定位于哪条基准及何种学习水平上的有益视角。
  建立和分析评估,导航图有助于回答什么时候适合评估具体观点和技能以及为什么学生在某个特殊任务上可能存在困难的问题。
  准备师资,不管是在职前或是在职中,使用导航图可以加深教师对于基准概念及如何帮助学生学习这些概念的理解。
  组织资源,事实证明导航图是组织科学概念,并将其与国家和各州科学教育标准相链接的有用图册。

  由于教育者以不同方式使用这套导航图册,因此导航图将随时按照新的讨论,教学经验和学习研究进行完善。但是,图册唤起我们对学生从幼儿园到高中毕业的理解力增长的认真思考,这是计划中一个重要的部分:“希望学生学习什么和如何帮助他们更好地学习”。

满足科学教师的需求

采访琳达•弗罗茨霍尔(Linda Froschauer)

  弗罗茨霍尔(Linda Froschauer),国家级科学教育专业领军人物,已有30余年科学教育经验。作为国家科学教师协会2006-2007年度主席,她主持了康涅狄格州的韦斯顿公立学校举行的8年级科学教师和部门座谈会。自1990年起,她就参与了“2061计划”,服务于科学技术教育国家委员会的项目。目前,她协助《科学素养导航图》第2卷的出版,本书由“2061计划”和NSTA联合出版,“2061计划”的Cathy Tramontana 通过电子邮件就当今科学教师的需求和“2061计划”的作用采访了弗罗茨霍尔。

  如果教师没有牢固的科学基础或者没有接受任何在职培训,我们怎么可能希望他们去理解—然后教学生有关—DNA测序的进展、克隆或无数的其他新发展的科学知识呢?


  凯蒂:以你现在作为NSTA主席的背景,你怎么看待今天的K-12科学教师面临的最紧迫问题?
  
  弗罗茨霍尔
:当我游历美国各地时,从碰到的人们那儿听到了许多问题。最常见的重要问题是:缺乏支持,很少或没有提供专业发展的机会,尤其是对于新教师。
  许多人认为教师的短缺是主要问题,但实际上真正的问题是保持教师不流失。许多地方学校需要科学教师,但是这种需求是由于教师在科学教育职业上的变动造成的,而不是因为缺乏获得教师资格的人。根据NSTA科学教师的调查,教师离开他们的职业的首要原因可能是对工作的不满意,新教师和有多年工作经验的老教师都是如此。当问到他们不满意的原因时,有9年及以下工作经验的教师给出的最重要的2个原因是:行政支持的不足和低工资。
  应该支持好教师并鼓励他们继续从事教书这个职业。许多新教师告诉我,他们被大量的文书工作和对学生学习毫无作用的事情所包围并对此感到吃惊,新教师需要鼓励,需要导师,并且他们需要一个支持体系,支持也应包括:公平和有竞争力的工资,尤其是在教师比其他具有相同教育背景的劳动者所得较少的这样一个工作环境里。
  关于职业发展,我是从艾森豪威尔基金获益的人之一。得益于这些基金,我参加了暑期班,访问科学会议,参与当地研讨会,当国会再次批准“不让任何孩子掉队法案”时,他们削减了数年来为科学和数学教师的培训提供专用基金的艾森豪威尔职业发展拨款。基金的缺乏,再加上国家和学校预算的大量削减导致了科学行政人员和教师的抱怨,他们的地区正在减少或是撤销除职业发展的项目。

  凯蒂:为什么专业发展的不足是一个问题?

  弗罗茨霍尔:主要原因是,调查表明,教学质量是学生成功的最重要因素。不幸的是,调查同样表明,大量走进课堂的科学教育者缺乏必要的使教学更有效的知识。仅在过去的几年中,科学与技术就进步飞速。如果教师没有一个坚实的科学基础或没有接受任何类型的在职培训,我们怎么可能期望他们理解----然后教学生有关---DNA测序、克隆或无数别的科学前沿知识?
  大部分职业发展学校的体系是通用的。它适用于全体教师,而不是满足每个教师的需要。听新教师讨论有关获得质量专业发展所遇到的障碍是很有意思的,许多教师并不被允许去参加会议或研讨会,因为他们还没有获得被允许参加的“资格”。

  凯蒂:你对这个学年开始的NCLB领导之下参与科学测试的教师有什么建议?

  弗罗茨霍尔:最重要的一点是不要认为学生的成功仅仅是进行考试的那个年级里单个教师的责任。提高学生的成绩和考试分数是学校和团体的努力。在K-12前期,有效的学习通过表达和交流而产生。如果我们能谨记评估数据的用处,就能体会到评估的重要和价值。    评估是良好教学的一部分----包括贯穿于学习经历之中的有影响的总结性评估。NCLB是有关学生学习的,它的问责制不应该成为科学教学和学习质量的障碍。设计合理的学习进程加上格式化评估能带来优秀的成绩,并且能带来积累性评定中的宝贵数据。

  凯蒂:你怎样看待科学教育家能够充分使用《科学素养导航图》和其中关于“增进理解”的图谱?你怎样使用这些导航图?

  弗罗茨霍尔:很长时间以来教师使用《科学素养的基准》作为课程设计的向导。它为不同的年级的学习目标提供了一个综合全面的解读。《科学素养导航图》进一步表明了这些学习目标之间的关系,同时为幼儿园到12年级的学生理解的发展提供了一个清晰可见的路线图。在计划任何课程时,对这个发展的理解是关键。
  教师应该在最能满足他们需要的方式下使用这套内容丰富的图集。如果一名教育者参与课程设计,两个图集中标明的学习进程对决定年级与年级之间的联系来说是极其宝贵的资源。即使教师教授的课程限制他们联系其他的话题,了解预备知识,知识间的联系和这些进程对于发展学生的理解力也是至关重要的。
  最初,在我们的课程工作中,我在年级里使用了概念发展图作为确定内容正确编排的向导,然后,我使用它们去检查学生的学习进展,现在我发现我自己使用它们是因为我在考虑教师职业发展,选择一些概念使教师能够建立起对他们所要教授的话题的个人概念性的理解。

  凯蒂:在”“2061计划”中,有助于教师支持学生获得科学素养的最重要的事情是什么?

  弗罗茨霍尔:从一开始,“2061计划”远景已经包括了这样的内涵,即“科学素养概念”是理解的共同核心并且所有的孩子都可以学习科学。作为一个长期的、旨在提供教师所需工具的计划,“2061计划”已经将其先期工作建立在帮助老师确保学生的概念理解上。很明显,他们的结果已经有了很大的改观,我可以提供的唯一建议是继续他们做的很好的事业---作为先驱力量满足那些全身心投入教学的教师的需求。

主编寄语

使国家标准趋于一致。”

使国家标准趋于一致

  自从我们在圣路易斯的全国科学教师协会(NSTA)会议上发布了《科学素养的导航图》第2卷,几个月来,我们为这些热情的反馈而高兴。《导航图》卷2已经进行了第2版印刷,它与《导航图》卷1共同帮助教育者迎接重要挑战-----为所有的从幼儿园到高中毕业的学生制定国家和地方标准的内容,使评估符合内容标准,并且具体规定课程和教学的范围和顺序,帮助学生在理解关键主题的内容上取得进步。

  例如,州一级的科学标准常常由于缺乏连贯性、具体性,以及对学生期望值的论据支持而受到批评,而导航图对促进各州科学标准的发展则做出了一定贡献。事实上,在简要回顾了各州如何处理一个重要主题---物质粒子模型的相关知识后------我们发现,仅有19个州明确规定了学生应该学习什么。许多州要么在所有这些看法上没有目标,要么仅就学生应该有能力学习什么做了模糊的描述,(但是没有一点关于完成任务所需知识的描述)。其他州在各年级内容中不恰当地规定了有关这些主题的复杂知识。例如,一个州希望5年级的学生应该能够描述带电质子、中子和电子的结构,而不是对重要科学思想的深入理解。像这样的标准常常只会导致对这些不连贯信息的死记硬背。

  通过强调这些概念之间的的重要连接,并考虑到这个学科的逻辑,导航图可以确保国家标准,以及基于标准的课程材料和评估的重点能放在一套连贯而有用的知识上。通过利用学生在学习研究过程中的发现,导航图为各个年级阶段知识的安排提供了向导,即这些年级的大多数学生最有可能明白的内容,而且描述了学生如何理解一个随着时间的推移而增长的主题,导航图强调了从幼儿园到高中的知识内容衔接方面的需要。

  《导航图》中描述的学习进步正在为长期而严肃的研究建立基础——通过我们自己和别人的努力——这样的研究最终的成果是建立在经验测评基础之上的图集,我们希望你会成为这份努力中的一部分,当你继续使用这个导航图时,我们邀请你与我们分享你的经验与成果。



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